به هنگام رعد و برق و یا تابش نور خورشید بر اتمسفر، گاز ازن به صورت کاملاً طبیعی تولید می شود. فقط تابش نور فرابنفش خورشید است که تولید ازن می کند. از زمان بوجود آمدن اتمسفر در این کره خاکی و تکوین آن، این خصوصیت پاک کنندگی ازن است که باعث ضدعفونی، پالاینده زدائی و کنترل جمعیت میکروارگانیسم ها در طبیعت و پالایش آب و هوا بوده است و می توان ادعا کرد که همانطور که زندگی بدون آب و هوا غیر ممکن است زندگی بر روی کره زمین بدون ازن نیز ناممکن است .
هر کجا بشر با دخالت خود باعث افزایش میکروارگانیسم ها شده سعی کرده است با ضدعفونی کننده های شیمیایی همانند فرمالین، کلر وترکیبات آن و یا فیزیکی (بخار، حرارت) و یا بیولوژیکی این جمعیت را کنترل نماید. با وجود آنكه همه این ضدعفونی کننده ها باعث بوجود آوردن ترکیبات مضر نمی شده اند، ولی بشر سعی کرده است همان راهی را که طبیعت پیموده است به پیماید و خوشبختانه در این راه نیزمانند همیشه موفق بوده است .
بیش از یکصد و پنجاه سال از تولید ازن بصورت مصنوعی می گذرد. اساس تولید کننده های ازن( ژنراتور ازن) درست تکرار همان چیزی است که در طبیعت به هنگام صاعقه صورت می گیرد- گذر اکسیژن از یک شارژ الکتریکی و یا تاباندن اشعه ماوراء بنفش بر اتمسفر. ازن تولید شده دقیقاً همان خصوصیتی را دارد که طبیعت بر عهده آن گذاشته است، یک ضدعفونی کننده پاک و رفیق طبیعت به بیان دیگر یک ضدعفونی کننده اهورایی، زیرا ازن تنها ضدعفونی کننده ای است که از بین می رود و چیزی برجای نمی گذارد. فراموش نکنیم که ازن هم مانند هر ضدعفونی كننده دیگری در میزان خارج از قاعده می تواند زیان بار باشد .
مقدمه
میلیارد ها سال است که طبیعت هنگام رعد و برق بطور اتفاقی و یا بوسیله پرتو فرابنفش خورشید به طور دائم، ازن را بوجود می آورد و از خصوصیات ضد عفونی کنندگی آن برای پالایش آب و هوا و محیط زیست جانداران استفاده می نماید. به درستی می توان ادعا کرد که وجود ازن همانند وجود آب و یا وجود هوا سبب زندگی در روی کره زمین شده است و عدم هر کدام از این عناصر زندگی را غیر ممکن می سازد. به همین دلیل است که ضد عفونی و پالاینده زدائی با ازن ضدعفونی همگام با طبیعت نامیده می شود .
ازن چیست؟
ازن گازی است تقریباً بی رنگ با بویی خاص شبیه بوی هوای تازه که پس از رعد و برق استشمام می شود و یا بویی که در کنار تخلیه الکتریکی در هوای آزاد به مشام می رسد. در دمای معمولی بصورت گاز است، نقطه جوش آن 112- و نقطه ذوب آن 251- درجه ساتیگراد و چگالی آن 5/1 برابر اکسیژن در شرایط استاندارد می باشد. حلالیت آن در آب کم و با کاهش دما افزایش می یابد . مولکول ازن پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آنرا انبار یا حمل نمود. این امر باعث می شود که تولید ازن همواره در محل مصرف صورت گیرد. لذا مراحل حمل و انبار کردن مواد شیمیایی که مراحلی بسیار خطرناک هستند، در این روش حذف می شود. چه ازن ازطریق ماوراء بنفش و چه به صورت صاعقه بوجود آمده باشد، واکنش بعدی به صورت زیر است. ازن بوجود آمده سریعاً تمام آلاینده های محیط را اکسید می نماید و نتیجه این اکسیداسیون تنها مواد اکسید شده و اکسیژن می باشد .
O3 در طبیعت نمی تواند بصورت پایدار باقی بماند و سریعاً به O و O2 شکسته می شود . O2 مولکولی پایدار است که میزان اکسیژن محیط را بالا می برد ولی اتم O (اکسیژن نوزاد یا اکسیژن فعال) نمی تواند منفرداً به زندگی خود ادامه دهد و باید با آلاینده ها ترکیب شود و آنها را بصورت اکسیدهای پایداردرآورد. به همین خاطر است که ترکیب عمده ترکیب اکسیژن فعال با سایر مواد یا موجودات است و نه ترکیب ازن. باید توجه داشت در حالتی که ازن تولید می شود، درفضا O1 ، O2 و O3 بصورت همزمان وجود دارند و بهمین دلیل ترکیب را به صورت Ox نشان می دهند که x می تواند 1 یا 2 یا 3 باشد .
O2 بصورت پایدار باقی می ماند O3 به O2 و O1 تغییر می یابد که O2 باز پایدار می ماند و O1 باعث ضدعفونی می شود. در نتیجه این اکسیژن فعال و یا نوزاد است که باعث ضدعفونی طبیعت از زمان بوجود آمدن آن تا ابدیت خواهد بود. به همین دلیل است که می توان اکسیژن فعال را ضدعفونی کننده اهورایی نامید. اکسیژن فعال، اکسیژن نوزاد و ازن در این کتاب به صورت مترادف به کار گرفته شده اند. در جدول زیر مقایسه پتانسیل اکسیداسیون ازن با دیگر اکسید .کننده ها نشان داده شده است
در اکثر مواقع، ضد عفونی با ازن به صورت پیوسته، در حین کار و بدون تخلیه مکان انجام می گیرد و در نتیجه به طور مرتب میزان آلودگی در محیط کاهش می یابد. ازن به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را کاهش می دهد. اثر ازن بر روی میکروارگانیسم ها بسیار موثرتر از کلر و مشتقات آن می باشد. فاکتورCxT ، حداقل غلظت مورد نیاز در مدت زمان تماس برای کاهش جمعیت میکروارگانیسمها را نشان می دهد .
ازن یک ضد عفونی کننده بسیار انعطاف پذیر است و بسته به موارد استعمال، کاربرد های بسیاری در ضدعفونی هوا، آب، محیط (دیوارها، کف زمین، سطوح ) ، لباسهای کار، اجسام ولوازم مختلف و مواد را داراست. بر خلاف ضد عفونی کننده های معمول مانند: کلر، فرمالین ومواد شیمیایی دیگر، اکسیداسیون با ازن، هیچگونه مواد سمی یا مضری بر جای نمی گذارد .
ازن میکروارگانیسمهای مختلف نظیرانواع باکتریها، ویروسها، پروتوزوئر ها، قارچها، مخمرها و اسپورها و هاگهای منتشر شونده از طریق آب و هوا را نابود می کند. باکتریها، میکروارگانیسم های کوچک تک یاخته ای هستند که دارای ساختمان ساده و ابتدایی می باشند. فشار اسمزی داخلی اکثر باکتریها حدود 5 تا 20 اتمسفر می باشد. این امر بعلت غلظت زیاد مواد محلول درون سلولی است . اسکلت محکم دور سلول باکتری بنام دیواره سلولی از انفجار باکتری وپاره شدن غشاء به علت اختلاف فشار اسمزی درون و بیرون باکتری جلوگیری می کند. اتم اکسیژن فعال با حمله به جدار سلول باکتری موجب از هم گسیختگی و پارگی دیواره سلولی ودر نتیجه مرگ باکتری می گردد .
ویروسها نیز جزو میکروارگانیسم ها می باشند ولی به وضوح از دیگر سلولها متفاوتند. ویروسها ذراتی غیر مستقل هستند که تنها در داخل سلول های میزبان تکثیر می یابند. هر ویروس شامل یک مولکول اسید نوکلئیک ( DNیاRNA) می باشد .
در اطراف این مولکول پوششی از جنس پروتئین قرار دارد که کاپسید Capsid نامیده می شود وظیفه کاپسید محافظت از اسید نوکلئیک ویروس وامکان پذیر نمودن اتصال و دخول ویروس به سلول میزبان می‌باشد .
مولکولهای ازن با نفوذ از میان پوشش پروتئینی، اسید نوکلئیک ویروسی را تخریب می کنند و درغلظت های بالاتر با تخریب پروتئین کاپسید، سلول ویروسی را منهدم می نمایند. باید توجه داشت که ویروس هایی از قبیل ویروس جنون گاوی و یا آنفولانزای مرغی صرفاً توسط ازن نابود می شوند و هیچ ضدعفونی كننده دیگری قادر به تخریب آنها نیست. حتی در مورد استفاده از ازن در درمان ایدز نیز مقالاتی وجود دارد ولی هنوز این امر به اثبات نرسیده است .
1) تصفیه و ضد عفونی آب
1 )تصفیه آب : در دو دهه گذشته پیشرفت های مربوط به تکنولوژی تصفیه و ضد عفونی آب تحت تاثیر سه عامل عمده زیر بوده‌اند :
این تحولات که در چند دهه اخیر به وجود آمده اند موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده اند، امروزه در اكثر شهر ها بعد از انجام عملیات تصفیه فیزیکی، آب با كلر یا ازن كه معمول ترین تركیبات برای نابودی میكربها در آب هستند، ضد عفونی می شود. ازن ضد عفونی كننده ای محبوب تر و ایمن تر بخصوص در اروپا و آمریكا (کشورهای پیشرفته صنعتی) است، اولین ژنراتور ازن برای تصفیه آب شهری در 1904 در شهر نیس فرانسه در اروپا نصب شده است. به سبب آنكه ازن از لحاظ سرعت ضد عفونی كنندگی قدرتی بیش از سه هزار برابر كلر را داراست و از آنجا كه پس از واكنش هیچ ماده آلاینده جدیدی بر جای نمی گذارد بیشتر مورد توجه متخصصین آب قرار گرفته است. باید توجه داشت كه تعدادی از تك یاخته ها و ویروسهای مقاوم در برابر دوزهای مورد استفاده كلر كماكان در آب های تصفیه شده در تصفیه خانه های متعارف زنده می مانند. اغلب بیماری ها و مرگ و میر های گزارش شده در كشورهای پیشرفته مربوط به انگلها و ویروسهای مقاوم به كلر برای افراد مسن و گروههایی از مردم است كه سیستم ظهور Aایمنی آنها ضعیف عمل می كند. در دهه 1990 و حتی در كشوری مانند USA مجدد اپیدمی های میكروبی آب بویژه انواع تك یاخته ها كه عمدتاً به مقادیر مورد استفاده معمول كلر مقاوم هستند گزارش شده است .
امروزه به دلیل افزایش کیفی کنترل شاخصهای آلودگی آب و هوا و افزایش سطح استاندارد آب و هوا و عدم توانایی کلر در حذف کامل آلودگی های میکروبی و همچنین تغییر در کیفیت آب و تولید ترکیبات گوناگون تری هالومتانهاTHMS)) که ترکیباتی سرطان زا هستند واثرات زیست محیطی ناشی از کلر(غلظت بیشتر از5/1 میلی گرم در لیتر کلر در منابع آبی باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصاً ماهی ها می گردد) سبب گردیده تا استفاده از مواد رفیق محیط زیست (پرتو دهی فرابنفش و گاز ازن) بیشتر مورد توجه قرار گیرد .
همانطور که قبلاً بیان شد، ازن یک ضد عفونی کننده بسیار قوی است و به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را کاهش می دهد. ازن دارای قدرت اکسید کنندگی بالا است . گازی تقریباً بی رنگ وبر خلاف ضدعفونی با کلر و مواد شیمیایی دیگر، در اثر اکسیداسیون با ازن، هیچگونه ماده سمی یا مضر در آب باقی نمی ماند و بنابراین نیاز به پالایش مجدد آب نیست. تجربه نشان داده است که ازن سریعاً اجزاء محلول درمحیط را اکسید می نماید و نتیجه این اکسیداسیون تنها اکسید اجزاء و اکسیژن می باشد. مولکول ازن پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد. ازن به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی‌های میکربی را کاهش می دهد .
لازم به ذکر است که کلرینه کردن بسیاری از میکروارگانیسم ها را از بین می برد ولی باید توجه داشت که اووسیست یا کیست تک یاختگان و تخم انگلهای کرمی به طور قابل ملاحظه ای در برابر کلرینه کردن مقاوم تر از باکتری ها می باشند وکلر روی ارگانیسم های مقاوم تر از کالیفرم نظیر برخی از ویروسها، تخم انگل ها و کیست های ژیاردیا لامبلیا و كریپتوسپوریدیوم اثری شیوع كریپتوسپوریدیازیش كه بیماری اخیر در سال 1993 در شهرهای ندارد . واشنگتن و میل واكی منجر به فوت 100 نفر و ناخوشی شدید 400 نفر در اثر نوشیدن آب تصفیه شده گردید هنوز زبانزد محافل آب در آمریکاست .
طی 15 سال گذشته دو تك یاخته از نقطه نظر كیفیت آب مورد توجه بیشتر قرار گرفته اند كه عبارتند از كریپتوسپوریدیم پارویوم و ژیاردیا لامبلیا. این دو شباهت های متعددی دارند و هر دو بعد از بلع بیماریهایی بوجود می آورند . این دو پروتوزوئر هر دو به شكل كیست (كیسه های محافظ) ظاهر می شوند و این كیست ها در برابر دوزهای متعارف كلر مقاوم هستند و اكثر اپیدمی های گزارش شده سالهای اخیر از كریپتوسپوریدیم ناشی می شود كه دارای فرم معروف به نام oocyst (اسیست) است. این اسیست ها از كیست های ژیاردیا كوچكتر هستند و اندازه ای بین 4 تا 6 میكرون ( در برابر 10 تا 16 میكرن ژیاردیا) دارند، لذا طبعاً حذف آنها از آب مشكل تر است. کلر قادر به کشتن لژیونلا که سالانه جان تعداد زیادی افراد سالخورده را در پیشرفته ترین کشورهای صنعتی جهان می گیرد نیز نمی‌باشد .
2) تصفیه و ضدعفونی فاضلاب
امروزه استفاده از ازن در زمینه تصفیه فاضلاب های مختلف صنعتی و شهری و بهداشتی جایگزین روشهای قدیمی تصفیه فاضلاب شده است. كاهش هزینه های تولید ازن و قابلیت تصفیه انواع فاضلاب ها بوسیله فرآیند ازناسیون سبب گسترش روزافزون كاربرد این اكسید كننده قوی در فرآیندهای تصفیه و ضدعفونی پسابهای مختلف شده است. ازناسیون توانسته است در موارد زیادی مانند ضدعفونی كردن و اكسیداسیون تركیبات آلی جایگزین فرآیندهای تصفیه متعارف شود. این فرآیند در موارد مختلف دیگری همانند حذف ذرات معلق، کاهش کدورت و قدرت رنگبری فوق العاده فاضلاب نیز كارایی روشهای قدیمی تصفیه را افزایش داده است .
یکی از مهمترین مراحل درعملیات تصفیه فاضلاب فرآیندهای اکسیداسیون (شیمیایی، بیولوژیکی، فیزیکی) می باشد. اگرچه اکسیداسیون بیولوژیکی به نظر اقتصادی می رسد اما هنگامی كه پساب شیمیایی تولیدی در زمانهای مختلف ورود به تصفیه خانه متنوع باشد امكان تصفیه صرفاً از طریق فرآیند بیولوژیكی غیرممكن است، همچنین سیستمهای بیولوژیكی امكان بالا از سیستم های دیگری DOC بالا را ندارند و معمولاً برای كاهش DOCكاهش را داشته باشند. زیرا راندمان DOCاستفاده می شود كه راندمان مطلوب در كاهش است. همچنین مشكلات بعدی استفاده از DOBمطلوب سیستمهای بیولوژیكی در كاهش لجن فعال(ازجمله وجود بوهای نامطبوع و حشرات و موش و...) و ضرورت توجه بیشتر به حفظ محیط زیست و سلامتی بشر سبب توجه بیشتر به فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی گردیداست .
از این میان ازن بدلیل قدرت اکسید کنندگی بالا و پیشرفتهای اخیر در تولید ازن، که استفاده از آن را در تصفیه و ضد عفونی فاضلاب از لحاظ اقتصادی بسیارقابل رقابت با سایرمواد کرده است، توجه بسیار زیادی را درعملیات تصفیه فاضلاب به خود اختصاص داده است و بیشترین راندمان را در حذف مواد شیمیایی موجود نسبت به سایر مواد اكسید كننده متداول دارد .
ازن ترکیبات شیمیایی پایدار را اكسید كرده و از محیط حذف می نماید و علاوه بر آن چون ازن به سرعت تجزیه می شود و برخلاف كلر، در پساب تصفیه شده هیچ باقیمانده شیمیایی كه نیاز به جداسازی داشته باشد از خود بجا نمی گذارد، در نتیجه آثار نامطلوب بر روی محیط زیست ندارد .
مكانیسم تولید مولكول ازن
ترکیبات آلی هالوژندارسمی و جهش زا که عمدتاً ناشی از واکنش کلر یا سایر ترکیبات کلر دار مانند دی اکسید کلر و کلرآمین با ترکیبات آلی موجود در پساب می باشد با ازن زنی اولیه بوجود نیامده وصرفاً جهت اکسیداسیون یک سری ترکیبات آلی و معدنی بكار گرفته می شوند تا از تشکیل تری هالومتانها و پیشسازهای آنها جلوگیری شود .
اكسیداسیون تركیبات آلی و معدنی در طول ازناسیون می تواند بوسیله ازن یا OH رادیكال یا تركیبی از آن دو انجام شود. ازن عملکرد بسیار خوبی در کاهش COD (مقدار معادل اکسیژن مورد نیاز برای اکسایش مواد آلی موجود ) دارد، در شروع عملکرد کاهش COD بوسیله ازن بسیار خوب و سریع می باشد. واكنش ازن با و بوسیله انتقال اتم اكسیژن رخ می دهد، تركیبات آلی به طور نمونه سریع است میكروآلاینده های آلی با ازن به صورت گزینشی اكسید می شوند. ازن به طور عمده با پیوند های دوگانه، سیستمهای آروماتیكی فعال و آمینهای پروتوندار نشده واكنش می كند و سبب اکسیداسیون بسیاری از ترکیبات شیمیایی و ازونولیز می گردد .
دلایل استفاده از ازن در تصفیه فاضلاب :
به طور کلی دلایل استفاده از سیستم ازن به شرح زیر است :
1- ضد عفونی و از بین بردن ویروسها , باکتریها، انگلها، قارچها و ...
ازن به نحو مطلوب و بسیارموثری انواع آلودگی های میکربی را کاهش می دهد و میکروارگانیسهای مختلف نظیر انواع باکتریها، ویروسها، قارچها، مخمر ها، اسپورها و هاگها را ازبین می برد. همچنین قدرت زیادی در گندزدایی انواع انگل ها از جمله كیستهای کریپتوسپوریدیم و انواع آمیب را دارا می باشد. اثر ازن روی میکروارگانیسم ها بسیار موثرتر از کلر می باشد .
ازن بسیار سریعتر از کلر عمل می کند (گاه تا چند هزار برابر) و اصولاً در مقایسه با سایر مواد گندزدا در کمترین دوز سبب نابودی پاتوژن ها می شود . فاکتور CxT ، حداقل غلظت مورد نیاز در مدت زمان تماس برای کاهش جمعیت میکروارگانیسمها را نشان می دهد. جدول مقایسه ای زیر، ازن را به عنوان بهترین ضدعفونی کننده تایید می کند.
2- اكسیداسیون تركیبات معدنی
یکی از مشکلات موجود در تصفیه، وجود یونهای آهن و منگنز و همچنین دیگر فلزات، بخصوص فلزات سنگین می باشد که غالباً از طریق پسابهای صنعتی به محیط تخلیه می شوند. ازن، آهن و منگنز را اکسید کرده و از آب خارج می کند. از ازناسیون تركیبات معدنی در فاضلابها به منظور نابود كردن مواد سمی مانند حذف سیانیدها كه بوفور در فرآیندهای الكترو شیمیایی از قبیل آبكاری فلزات و صنایع الكترونیك استفاده می شود، همچنین حذف نیتریت (-NO2) و سولفید (H2S\S2- ) از فاضلابها بوسیله ازناسیون به سرعت انجام می‌شود. یون عناصر دیگری مانند کادمیم، کبالت، کروم چهار ظرفیتی، مس، جیوه، نیکل و سرب با تصفیه اضافی شامل پالایش با ترکیبی از ازن و کربن فعال گرانولی (Granular Activated Carbon (GAC به نحو موثری زدوده می شود. در برخی موارد جداسازی موثر نیکل، سرب و روی به دو مرحله زلال سازی پی در پی در قدرتهای اسیدیpH)) متفاوت نیاز دارد. بطور کلی، ازن اکسیداسیون عناصر معدنی را تا درجات بالاتری از اکسیداسیون پیش برده و آنها را بحالت پایدار تثبیت می کند .
3- اكسیداسیون تركیبات آلی
بخش عمده تركیبات مشكل آفرین در فاضلابهای صنعتی تركیبات آلی هستند كه مخلوط پیچیده ای از انواع بسیار متعددی از مواد آلی با غلظتهای مختلف از حدود میلی گرم تا گرم در لیتر را در فاضلاب بوجود می آورند. اهداف اصلی در ازناسیون این دسته از فاضلابها عبارتند از :
حذف تركیبات سمی (كه غالباً در غلظت های پایین در میان مخلوطی از مواد مختلف وجود دارند )
اكسیداسیون نسبی بخش مقاوم بیولوژیكی كربن آلی محلول به منظور بهبود فرآیند تخریب بیولوژیكی بعدی حذف رنگ حذف ترکیبات شیمیایی پایدار با استفاده از ازن، تخریب شده و با فیلتراسیون روی GAC زدوده می شوند .
مواد آلی طبیعی در اكثر فاضلابها یافت می شوند و غلظت آنها كه بعنوان كربن آلی محلول (DOC) اندازه گیری می شود، از mg/L2/0 تاmg/L10 متغیر است . وجود این مواد مشكلات و مسائل مربوط به رنگ و بو را سبب می شوند. این تركیبات بطور غیر مستقیم سبب ایجاد مشكلات و مسائل مهمتری می شود كه از جمله آن می توان به تشكیل محصولات جانبی آلی در حین فرایند تصفیه اشاره كرد. به عنوان نمونه متابولیت تعدادی از جلبکهای سبز – آبی که سمی نیز می باشد ممکن است تا مراحل آخر تصفیه در پساب باقیمانده باشند. كه باید به طریق موثری زدوده شوند. زدودن کامل این مواد به روش معمولی نیاز به مراحل متعددی داشته و در هر مرحله تنها درصدی از آن زدوده می شود. این سموم از سیستمهای رایج زلال سازی عبور می کنند اما با استفاده از ازن، تخریب شده و با فیلتراسیون روی GAC زدوده می شوند .
4- تبدیل CODبه BOD وحذف BOD
ازن عملکرد بسیار خوبی در کاهش COD (مقدار معادل اکسیژن مورد نیاز برای اکسایش مواد آلی موجود) دارد، در شروع عملکرد کاهش COD بوسیله ازن بسیار خوب و سریع می باشد و مولکولهای آلی با زنجیره های بلند را به فرمهای قابل تجزیه توسط میکروارگانیسم ها (BOD) تبدیل می کند. در نتیجه ازن و سیستمهای بیولوژیکی می توانند برای رسیدن به حد مطلوب کیفیت فاضلاب با هم ترکیب شوند .
5-کاهش شدید کدورت و افزایش حذف ذرات معلق
پیش ازناسیون قبل از جداسازی ذرات می تواند راندمان جداسازی را بطور موثری بالا ببرد و میزان مصرف انعقاد كننده ها را كاهش دهد. گاز ازن قبل و یا همزمان با انعقاد كننده ها ( نمكهای فریك یا آلومینیوم یا پلیمرهای كاتیونی) تزریق می گردد و به عنوان یك میكرو لخته ساز سبب بهبود جداسازی ذرات در محدوده 90-20 % می گردد .
از ازن در فاضلاب تمام کارخانه های رنگرزی برای امحاء رنگدانه ها استفاده می شود و عملاٌ در کشورهای صنعتی پیشرفته تخلیه آبهایی که دارای رنگدانه باشند به داخل طبیعت غیر ممکن است مگر آنکه قبلاً رنگ بری شده باشند .
ازن با از بین بردن مواد آلی و معدنی ساختار ملکولی آنها به هم ریخته و طبیعتا رنگ بوجود آمده در فاضلاب که سبب کدورت آن شده از بین می رود . تاکنون هیچ اکسید کننده ای همچون ازن قدرت کاهش کدورت و رنگبری را نداشته است. از ازن جهت شفاف سازی و کاهش کدورت پسابهای صنعتی که میزان کدورت آنها بالاست استفاده فراوانی در صنایع مختلف شده است .
6- افزایش راندمان و طول عمر فیلترهای کربن اکتیو
فیلترهای کربن فعال گرانولی GAC)) جاذبهای ایده آلی برای ازن به حساب می آیند. علاوه بر اینکه ظرفیت این فیلترها با عبور دادن آب حاوی ازن از روی آن افزایش یافته و متعاقباً عمر مفید آنها و فاصله بین دو زمان سرویس آنها نیز بیشتر می شود .
7- افزایش غلظت اکسیژن در پساب خروجی
مزیت دیگری که در استفاده از ازن نهفته است این است که غلظت اکسیژن در پساب خروجی تا حدود سطح اشباع افزایش می یابد، زیرا ازن پس از مصرف به سرعت به اکسیژن تجزیه می شود. این امر موجب حذف نیاز به هوادهی مجدد پساب برای رعایت استانداردهای کیفیت آب از لحاظ اکسیژن محلول می شود .
تصفیه هوا و بوزدائی
1ـ تصفیه هوا :
امروزه از جمله نگرانی های موجود در سلامت جوامع بشری، مشكلات ناشی از آلودگی هوا می باشد. خطر آلودگی هوا برای سلامت و ابتلای بیماری همانند آب است، زیرا انسان برای زندگی نیاز به آب و هوای سالم دارد و افرادی كه در معرض آلودگی هوا هستند، در معرض انواع بیماریها و نارسائی هایی كه ریشه در تنفس دارند، قرار می گیرند. بو یكی از شاخص های مشهود آلودگی هوا است كه ممكن است از منابع مختلفی از جمله فاضلابهای شهری و صنعتی، زباله ها، حیوانات، دخانیات، گازهای شیمیایی منتشر شونده از كارخانه ها و كارگاههای تولیدی و ... به وجود آید. مضرات بو در غلظتهای پایین برای انسان در درجه اول مربوط به تنشهای ایجاد شده می باشد. بوهای ناخوشایند باعث كم اشتهایی، مصرف كمتر آب، اختلال در تنفس، تهوع و آشفتگی ذهنی می شوند، لذا با توجه به مشكلات ذكر شده، اهمیت كنترل و بوزدایی محیط بسیار مشهود می باشد .
بو نخستین مشكل در هنگام ایجاد تاسیسات تصفیه فاضلاب با سیستم لجن فعال است. در خلال چند سال گذشته، كنترل بو یكی از مشكلات اصلی در طراحی و بهره برداری تاسیسات جمع آوری، تصفیه و دفع فاضلاب با سیستم لجن فعال بوده است. بوی فاضلاب های شهری معمولاً از گازهای حاصل از تجزیه مواد آلی یا از مواد افزوده شده به فاضلاب ناشی می شود. فاضلاب تازه بوی مشخص و تاحدی ناخوشایند دارد و بوی آن كمتر از بوی فاضلابی كه تجزیه بی هوازی (بدون اكسیژن) شده، آزاردهنده است. فاضلاب صنعتی ممكن است تركیبات بودار و یا تركیبات دیگری داشته باشد كه در طی فرآیند تصفیه فاضلاب تولید بو می كنند. همچنین بو نشان دهنده وجود آلودگی میكربی در محیط است . باکتریها، هاگ ها و قارچها و اسپورهای منتشر شونده از طریق هوا وباکتریهای منتشر شونده توسط هسته قطرهDroplet nuclei اغلب همراه با مولكولهای بوزا به اطراف پراكنده می شوند. مشخص ترین بوی فاضلاب مانده یا عفونی بوی هیدروژن سولفید است كه به وسیله میكروارگانیسم های غیر هوازی كه سولفات را به سولفید تبدیل می كنند، به وجود می آید .
2ـ بو و بوزدائی
تركیبات بد بو كه باعث تنش روانی در انسان می شوند به وسیله دستگاه بویایی او تشخیص داده می شوند، اما مكانیسم این تشخیص هنوز به خوبی شناخته نشده است. از سال 1870 تاكنون، بیش از 30 نظریه برای توضیح حس بویایی ارائه شده است. یكی از اشكالهای موجود بر سر راه ارائه نظریه جامع، عدم توجیهی برای دلیل اختلاف بوی تركیبات شیمیایی مشابه و نیز بوی تركیبات مختلف شیمیایی بوده است. در طی سالها، تلاشهایی صورت گرفته است كه بوها را به صورت اسلوبمند دسته بندی كنند. دسته های اصلی بوهای آزار دهنده و تركیبات آنها در زیر آمده است :
تمام این تركیبها ممكن است در فاضلاب شهری وجود داشته باشد و یا در آن به وجود آید. كه این امر بستگی به شرایط محلی دارد. در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای از بین بردن بوهای مزاحم و ناخوشایند در پروسه های مختلف صنعتی در محیط های مختلف انجام شده است. اكثرسیستم هایی كه تاكنون برای بوزدایی استفاده می شده است اقدام به استفاده از بوهای پوششی برای پنهان نمودن بوی نامطلوب انجام گرفته است كه این عمل نه تنها بوی نامطلوب را از بین نمی برد بلكه حجم آلاینده های بوزا در محیط را افزایش می دهد .
همچنین سیستم های جذب كننده بو نیز از راندمانهای پائینی برخوردار بوده و بهره برداری از آنها نیز در شرایطی كه از ابتدا طراحی نشده باشند، بسیار مشكل خواهد بود. در حال حاضر، به اثبات رسیده است كه بوی هر مولكول احتمالاً به كل آن مولكول مربوط می شود لذا با تخریب ساختار مولكول می توان بوی آن را به صورت موثر از بین برد. گزینه مطلوب اكسیداسیون با یك ماده اكسید كننده می باشد كه خود آلاینده محیط زیست نباشد. اكسیژن فعال (ازن ) قوی ترین و موثر ترین از بین برنده و رفع كننده بوهای نامطبوع مانند گازهای شیمیایی (آروماتیك ها و ...) و بوهای ناشی از حیوانات، كپك و قارچ ، دود دخانیات و .... است. این واقعیت كه گازهای زاید، بخصوص گازهای زاید صنعتی حاوی گوگرد به ازن حساس هستند واین امر نتیجه توانایی بالای اكسیداسیون بوسیله این گاز است سبب گردیده كه اكسیژن فعال به عنوان بهترین بوزدا در جهان مطرح شود .
ازن علاوه بر قابلیت بوزدایی یک ضد عفونی کننده بسیار قوی نیز می باشد و به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را از بین می برد . ویژگی هایی نظیر قابلیت تجزیه تركیبات سمی شیمیایی و نیز كشتن انواع میكروارگانیسم ها، اعم از باكتریها و ویروسها، اكسیژن فعال را به مهمترین عامل پاك كننده و ضد عفونی كننده محیط تبدیل كرده است .
در گذشته، نبود اطلاعات كاربردی تكنولوژی تولید ازن در ایران و نیز هزینه بالای تولید آن در محیط باعث عدم استفاده از ازن در بوزدایی شده است . جدیداً برای استفاده از سیستمهای مدرن ومقرون به صرفه نمودن آنها برای كاربردهای زیست محیطی اقدام به اجرای این گونه پروژه ها در ایران شده است و اخیراً برای اولین بار سیستم بوزدایی در ایران در تصفیه خانه فاضلاب كارخانه های لبنی بكار گرفته است كه راندمان آن بسیار مطلوب بوده است. با استفاده از این سیستم اكسیژن فعال تولید می شود و این اكسید كننده قوی مولكولهای بودار را سریعاً به تركیبات اولیه آنها تجزیه می كند وخود تبدیل به اكسیژن می شود. در نتیجه بدلیل اینكه هیچگونه تركیب جانبی ایجاد نمی شود، جزء مواد رفیق محیط زیست شناخته شده است. در شكل زیر طرح شماتیك برای تولید مولكولهای اكسیژن فعال و تجزیه مولكول بوزا بوسیله اكسیژن فعال نشان داده شده است :
اكسیژن فعال ضد عفونی كننده و پاك كننده و زداینده آلودگی در هوا است و با ایجاد رایحه ای طبیعی در محیط، فضایی مطبوع و عاری از آلودگی های شیمیایی و میكربی برای شما می آفریند .
هر کجا بشر با دخالت خود باعث افزایش میکروارگانیسم ها شده سعی کرده است با ضدعفونی کننده های شیمیایی همانند فرمالین، کلر وترکیبات آن و یا فیزیکی (بخار، حرارت) و یا بیولوژیکی این جمعیت را کنترل نماید. با وجود آنكه همه این ضدعفونی کننده ها باعث بوجود آوردن ترکیبات مضر نمی شده اند، ولی بشر سعی کرده است همان راهی را که طبیعت پیموده است به پیماید و خوشبختانه در این راه نیزمانند همیشه موفق بوده است .
بیش از یکصد و پنجاه سال از تولید ازن بصورت مصنوعی می گذرد. اساس تولید کننده های ازن( ژنراتور ازن) درست تکرار همان چیزی است که در طبیعت به هنگام صاعقه صورت می گیرد- گذر اکسیژن از یک شارژ الکتریکی و یا تاباندن اشعه ماوراء بنفش بر اتمسفر. ازن تولید شده دقیقاً همان خصوصیتی را دارد که طبیعت بر عهده آن گذاشته است، یک ضدعفونی کننده پاک و رفیق طبیعت به بیان دیگر یک ضدعفونی کننده اهورایی، زیرا ازن تنها ضدعفونی کننده ای است که از بین می رود و چیزی برجای نمی گذارد. فراموش نکنیم که ازن هم مانند هر ضدعفونی كننده دیگری در میزان خارج از قاعده می تواند زیان بار باشد .
مقدمه
میلیارد ها سال است که طبیعت هنگام رعد و برق بطور اتفاقی و یا بوسیله پرتو فرابنفش خورشید به طور دائم، ازن را بوجود می آورد و از خصوصیات ضد عفونی کنندگی آن برای پالایش آب و هوا و محیط زیست جانداران استفاده می نماید. به درستی می توان ادعا کرد که وجود ازن همانند وجود آب و یا وجود هوا سبب زندگی در روی کره زمین شده است و عدم هر کدام از این عناصر زندگی را غیر ممکن می سازد. به همین دلیل است که ضد عفونی و پالاینده زدائی با ازن ضدعفونی همگام با طبیعت نامیده می شود .
ازن چیست؟
ازن گازی است تقریباً بی رنگ با بویی خاص شبیه بوی هوای تازه که پس از رعد و برق استشمام می شود و یا بویی که در کنار تخلیه الکتریکی در هوای آزاد به مشام می رسد. در دمای معمولی بصورت گاز است، نقطه جوش آن 112- و نقطه ذوب آن 251- درجه ساتیگراد و چگالی آن 5/1 برابر اکسیژن در شرایط استاندارد می باشد. حلالیت آن در آب کم و با کاهش دما افزایش می یابد . مولکول ازن پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آنرا انبار یا حمل نمود. این امر باعث می شود که تولید ازن همواره در محل مصرف صورت گیرد. لذا مراحل حمل و انبار کردن مواد شیمیایی که مراحلی بسیار خطرناک هستند، در این روش حذف می شود. چه ازن ازطریق ماوراء بنفش و چه به صورت صاعقه بوجود آمده باشد، واکنش بعدی به صورت زیر است. ازن بوجود آمده سریعاً تمام آلاینده های محیط را اکسید می نماید و نتیجه این اکسیداسیون تنها مواد اکسید شده و اکسیژن می باشد .
O3 در طبیعت نمی تواند بصورت پایدار باقی بماند و سریعاً به O و O2 شکسته می شود . O2 مولکولی پایدار است که میزان اکسیژن محیط را بالا می برد ولی اتم O (اکسیژن نوزاد یا اکسیژن فعال) نمی تواند منفرداً به زندگی خود ادامه دهد و باید با آلاینده ها ترکیب شود و آنها را بصورت اکسیدهای پایداردرآورد. به همین خاطر است که ترکیب عمده ترکیب اکسیژن فعال با سایر مواد یا موجودات است و نه ترکیب ازن. باید توجه داشت در حالتی که ازن تولید می شود، درفضا O1 ، O2 و O3 بصورت همزمان وجود دارند و بهمین دلیل ترکیب را به صورت Ox نشان می دهند که x می تواند 1 یا 2 یا 3 باشد .
O2 بصورت پایدار باقی می ماند O3 به O2 و O1 تغییر می یابد که O2 باز پایدار می ماند و O1 باعث ضدعفونی می شود. در نتیجه این اکسیژن فعال و یا نوزاد است که باعث ضدعفونی طبیعت از زمان بوجود آمدن آن تا ابدیت خواهد بود. به همین دلیل است که می توان اکسیژن فعال را ضدعفونی کننده اهورایی نامید. اکسیژن فعال، اکسیژن نوزاد و ازن در این کتاب به صورت مترادف به کار گرفته شده اند. در جدول زیر مقایسه پتانسیل اکسیداسیون ازن با دیگر اکسید .کننده ها نشان داده شده است
در اکثر مواقع، ضد عفونی با ازن به صورت پیوسته، در حین کار و بدون تخلیه مکان انجام می گیرد و در نتیجه به طور مرتب میزان آلودگی در محیط کاهش می یابد. ازن به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را کاهش می دهد. اثر ازن بر روی میکروارگانیسم ها بسیار موثرتر از کلر و مشتقات آن می باشد. فاکتورCxT ، حداقل غلظت مورد نیاز در مدت زمان تماس برای کاهش جمعیت میکروارگانیسمها را نشان می دهد .
ازن یک ضد عفونی کننده بسیار انعطاف پذیر است و بسته به موارد استعمال، کاربرد های بسیاری در ضدعفونی هوا، آب، محیط (دیوارها، کف زمین، سطوح ) ، لباسهای کار، اجسام ولوازم مختلف و مواد را داراست. بر خلاف ضد عفونی کننده های معمول مانند: کلر، فرمالین ومواد شیمیایی دیگر، اکسیداسیون با ازن، هیچگونه مواد سمی یا مضری بر جای نمی گذارد .
ازن میکروارگانیسمهای مختلف نظیرانواع باکتریها، ویروسها، پروتوزوئر ها، قارچها، مخمرها و اسپورها و هاگهای منتشر شونده از طریق آب و هوا را نابود می کند. باکتریها، میکروارگانیسم های کوچک تک یاخته ای هستند که دارای ساختمان ساده و ابتدایی می باشند. فشار اسمزی داخلی اکثر باکتریها حدود 5 تا 20 اتمسفر می باشد. این امر بعلت غلظت زیاد مواد محلول درون سلولی است . اسکلت محکم دور سلول باکتری بنام دیواره سلولی از انفجار باکتری وپاره شدن غشاء به علت اختلاف فشار اسمزی درون و بیرون باکتری جلوگیری می کند. اتم اکسیژن فعال با حمله به جدار سلول باکتری موجب از هم گسیختگی و پارگی دیواره سلولی ودر نتیجه مرگ باکتری می گردد .
ویروسها نیز جزو میکروارگانیسم ها می باشند ولی به وضوح از دیگر سلولها متفاوتند. ویروسها ذراتی غیر مستقل هستند که تنها در داخل سلول های میزبان تکثیر می یابند. هر ویروس شامل یک مولکول اسید نوکلئیک ( DNیاRNA) می باشد .
در اطراف این مولکول پوششی از جنس پروتئین قرار دارد که کاپسید Capsid نامیده می شود وظیفه کاپسید محافظت از اسید نوکلئیک ویروس وامکان پذیر نمودن اتصال و دخول ویروس به سلول میزبان می‌باشد .
مولکولهای ازن با نفوذ از میان پوشش پروتئینی، اسید نوکلئیک ویروسی را تخریب می کنند و درغلظت های بالاتر با تخریب پروتئین کاپسید، سلول ویروسی را منهدم می نمایند. باید توجه داشت که ویروس هایی از قبیل ویروس جنون گاوی و یا آنفولانزای مرغی صرفاً توسط ازن نابود می شوند و هیچ ضدعفونی كننده دیگری قادر به تخریب آنها نیست. حتی در مورد استفاده از ازن در درمان ایدز نیز مقالاتی وجود دارد ولی هنوز این امر به اثبات نرسیده است .
1) تصفیه و ضد عفونی آب
1 )تصفیه آب : در دو دهه گذشته پیشرفت های مربوط به تکنولوژی تصفیه و ضد عفونی آب تحت تاثیر سه عامل عمده زیر بوده‌اند :
- کاهش منابع آب و افزایش بیش از پیش آلاینده ها
- دقت در آزمایش های کیفی مربوط به آب و فاضلاب
- افزایش استاندارد های مربوط به آب آشامیدنی
این تحولات که در چند دهه اخیر به وجود آمده اند موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده اند، امروزه در اكثر شهر ها بعد از انجام عملیات تصفیه فیزیکی، آب با كلر یا ازن كه معمول ترین تركیبات برای نابودی میكربها در آب هستند، ضد عفونی می شود. ازن ضد عفونی كننده ای محبوب تر و ایمن تر بخصوص در اروپا و آمریكا (کشورهای پیشرفته صنعتی) است، اولین ژنراتور ازن برای تصفیه آب شهری در 1904 در شهر نیس فرانسه در اروپا نصب شده است. به سبب آنكه ازن از لحاظ سرعت ضد عفونی كنندگی قدرتی بیش از سه هزار برابر كلر را داراست و از آنجا كه پس از واكنش هیچ ماده آلاینده جدیدی بر جای نمی گذارد بیشتر مورد توجه متخصصین آب قرار گرفته است. باید توجه داشت كه تعدادی از تك یاخته ها و ویروسهای مقاوم در برابر دوزهای مورد استفاده كلر كماكان در آب های تصفیه شده در تصفیه خانه های متعارف زنده می مانند. اغلب بیماری ها و مرگ و میر های گزارش شده در كشورهای پیشرفته مربوط به انگلها و ویروسهای مقاوم به كلر برای افراد مسن و گروههایی از مردم است كه سیستم ظهور Aایمنی آنها ضعیف عمل می كند. در دهه 1990 و حتی در كشوری مانند USA مجدد اپیدمی های میكروبی آب بویژه انواع تك یاخته ها كه عمدتاً به مقادیر مورد استفاده معمول كلر مقاوم هستند گزارش شده است .
امروزه به دلیل افزایش کیفی کنترل شاخصهای آلودگی آب و هوا و افزایش سطح استاندارد آب و هوا و عدم توانایی کلر در حذف کامل آلودگی های میکروبی و همچنین تغییر در کیفیت آب و تولید ترکیبات گوناگون تری هالومتانهاTHMS)) که ترکیباتی سرطان زا هستند واثرات زیست محیطی ناشی از کلر(غلظت بیشتر از5/1 میلی گرم در لیتر کلر در منابع آبی باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصاً ماهی ها می گردد) سبب گردیده تا استفاده از مواد رفیق محیط زیست (پرتو دهی فرابنفش و گاز ازن) بیشتر مورد توجه قرار گیرد .
همانطور که قبلاً بیان شد، ازن یک ضد عفونی کننده بسیار قوی است و به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را کاهش می دهد. ازن دارای قدرت اکسید کنندگی بالا است . گازی تقریباً بی رنگ وبر خلاف ضدعفونی با کلر و مواد شیمیایی دیگر، در اثر اکسیداسیون با ازن، هیچگونه ماده سمی یا مضر در آب باقی نمی ماند و بنابراین نیاز به پالایش مجدد آب نیست. تجربه نشان داده است که ازن سریعاً اجزاء محلول درمحیط را اکسید می نماید و نتیجه این اکسیداسیون تنها اکسید اجزاء و اکسیژن می باشد. مولکول ازن پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد. ازن به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی‌های میکربی را کاهش می دهد .
لازم به ذکر است که کلرینه کردن بسیاری از میکروارگانیسم ها را از بین می برد ولی باید توجه داشت که اووسیست یا کیست تک یاختگان و تخم انگلهای کرمی به طور قابل ملاحظه ای در برابر کلرینه کردن مقاوم تر از باکتری ها می باشند وکلر روی ارگانیسم های مقاوم تر از کالیفرم نظیر برخی از ویروسها، تخم انگل ها و کیست های ژیاردیا لامبلیا و كریپتوسپوریدیوم اثری شیوع كریپتوسپوریدیازیش كه بیماری اخیر در سال 1993 در شهرهای ندارد . واشنگتن و میل واكی منجر به فوت 100 نفر و ناخوشی شدید 400 نفر در اثر نوشیدن آب تصفیه شده گردید هنوز زبانزد محافل آب در آمریکاست .
طی 15 سال گذشته دو تك یاخته از نقطه نظر كیفیت آب مورد توجه بیشتر قرار گرفته اند كه عبارتند از كریپتوسپوریدیم پارویوم و ژیاردیا لامبلیا. این دو شباهت های متعددی دارند و هر دو بعد از بلع بیماریهایی بوجود می آورند . این دو پروتوزوئر هر دو به شكل كیست (كیسه های محافظ) ظاهر می شوند و این كیست ها در برابر دوزهای متعارف كلر مقاوم هستند و اكثر اپیدمی های گزارش شده سالهای اخیر از كریپتوسپوریدیم ناشی می شود كه دارای فرم معروف به نام oocyst (اسیست) است. این اسیست ها از كیست های ژیاردیا كوچكتر هستند و اندازه ای بین 4 تا 6 میكرون ( در برابر 10 تا 16 میكرن ژیاردیا) دارند، لذا طبعاً حذف آنها از آب مشكل تر است. کلر قادر به کشتن لژیونلا که سالانه جان تعداد زیادی افراد سالخورده را در پیشرفته ترین کشورهای صنعتی جهان می گیرد نیز نمی‌باشد .
2) تصفیه و ضدعفونی فاضلاب
امروزه استفاده از ازن در زمینه تصفیه فاضلاب های مختلف صنعتی و شهری و بهداشتی جایگزین روشهای قدیمی تصفیه فاضلاب شده است. كاهش هزینه های تولید ازن و قابلیت تصفیه انواع فاضلاب ها بوسیله فرآیند ازناسیون سبب گسترش روزافزون كاربرد این اكسید كننده قوی در فرآیندهای تصفیه و ضدعفونی پسابهای مختلف شده است. ازناسیون توانسته است در موارد زیادی مانند ضدعفونی كردن و اكسیداسیون تركیبات آلی جایگزین فرآیندهای تصفیه متعارف شود. این فرآیند در موارد مختلف دیگری همانند حذف ذرات معلق، کاهش کدورت و قدرت رنگبری فوق العاده فاضلاب نیز كارایی روشهای قدیمی تصفیه را افزایش داده است .
یکی از مهمترین مراحل درعملیات تصفیه فاضلاب فرآیندهای اکسیداسیون (شیمیایی، بیولوژیکی، فیزیکی) می باشد. اگرچه اکسیداسیون بیولوژیکی به نظر اقتصادی می رسد اما هنگامی كه پساب شیمیایی تولیدی در زمانهای مختلف ورود به تصفیه خانه متنوع باشد امكان تصفیه صرفاً از طریق فرآیند بیولوژیكی غیرممكن است، همچنین سیستمهای بیولوژیكی امكان بالا از سیستم های دیگری DOC بالا را ندارند و معمولاً برای كاهش DOCكاهش را داشته باشند. زیرا راندمان DOCاستفاده می شود كه راندمان مطلوب در كاهش است. همچنین مشكلات بعدی استفاده از DOBمطلوب سیستمهای بیولوژیكی در كاهش لجن فعال(ازجمله وجود بوهای نامطبوع و حشرات و موش و...) و ضرورت توجه بیشتر به حفظ محیط زیست و سلامتی بشر سبب توجه بیشتر به فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی گردیداست .
از این میان ازن بدلیل قدرت اکسید کنندگی بالا و پیشرفتهای اخیر در تولید ازن، که استفاده از آن را در تصفیه و ضد عفونی فاضلاب از لحاظ اقتصادی بسیارقابل رقابت با سایرمواد کرده است، توجه بسیار زیادی را درعملیات تصفیه فاضلاب به خود اختصاص داده است و بیشترین راندمان را در حذف مواد شیمیایی موجود نسبت به سایر مواد اكسید كننده متداول دارد .
ازن ترکیبات شیمیایی پایدار را اكسید كرده و از محیط حذف می نماید و علاوه بر آن چون ازن به سرعت تجزیه می شود و برخلاف كلر، در پساب تصفیه شده هیچ باقیمانده شیمیایی كه نیاز به جداسازی داشته باشد از خود بجا نمی گذارد، در نتیجه آثار نامطلوب بر روی محیط زیست ندارد .
مكانیسم تولید مولكول ازن
ترکیبات آلی هالوژندارسمی و جهش زا که عمدتاً ناشی از واکنش کلر یا سایر ترکیبات کلر دار مانند دی اکسید کلر و کلرآمین با ترکیبات آلی موجود در پساب می باشد با ازن زنی اولیه بوجود نیامده وصرفاً جهت اکسیداسیون یک سری ترکیبات آلی و معدنی بكار گرفته می شوند تا از تشکیل تری هالومتانها و پیشسازهای آنها جلوگیری شود .
اكسیداسیون تركیبات آلی و معدنی در طول ازناسیون می تواند بوسیله ازن یا OH رادیكال یا تركیبی از آن دو انجام شود. ازن عملکرد بسیار خوبی در کاهش COD (مقدار معادل اکسیژن مورد نیاز برای اکسایش مواد آلی موجود ) دارد، در شروع عملکرد کاهش COD بوسیله ازن بسیار خوب و سریع می باشد. واكنش ازن با و بوسیله انتقال اتم اكسیژن رخ می دهد، تركیبات آلی به طور نمونه سریع است میكروآلاینده های آلی با ازن به صورت گزینشی اكسید می شوند. ازن به طور عمده با پیوند های دوگانه، سیستمهای آروماتیكی فعال و آمینهای پروتوندار نشده واكنش می كند و سبب اکسیداسیون بسیاری از ترکیبات شیمیایی و ازونولیز می گردد .
دلایل استفاده از ازن در تصفیه فاضلاب :
به طور کلی دلایل استفاده از سیستم ازن به شرح زیر است :
1- ضد عفونی و از بین بردن ویروسها , باکتریها، انگلها، قارچها و ...
ازن به نحو مطلوب و بسیارموثری انواع آلودگی های میکربی را کاهش می دهد و میکروارگانیسهای مختلف نظیر انواع باکتریها، ویروسها، قارچها، مخمر ها، اسپورها و هاگها را ازبین می برد. همچنین قدرت زیادی در گندزدایی انواع انگل ها از جمله كیستهای کریپتوسپوریدیم و انواع آمیب را دارا می باشد. اثر ازن روی میکروارگانیسم ها بسیار موثرتر از کلر می باشد .
ازن بسیار سریعتر از کلر عمل می کند (گاه تا چند هزار برابر) و اصولاً در مقایسه با سایر مواد گندزدا در کمترین دوز سبب نابودی پاتوژن ها می شود . فاکتور CxT ، حداقل غلظت مورد نیاز در مدت زمان تماس برای کاهش جمعیت میکروارگانیسمها را نشان می دهد. جدول مقایسه ای زیر، ازن را به عنوان بهترین ضدعفونی کننده تایید می کند.
2- اكسیداسیون تركیبات معدنی
یکی از مشکلات موجود در تصفیه، وجود یونهای آهن و منگنز و همچنین دیگر فلزات، بخصوص فلزات سنگین می باشد که غالباً از طریق پسابهای صنعتی به محیط تخلیه می شوند. ازن، آهن و منگنز را اکسید کرده و از آب خارج می کند. از ازناسیون تركیبات معدنی در فاضلابها به منظور نابود كردن مواد سمی مانند حذف سیانیدها كه بوفور در فرآیندهای الكترو شیمیایی از قبیل آبكاری فلزات و صنایع الكترونیك استفاده می شود، همچنین حذف نیتریت (-NO2) و سولفید (H2S\S2- ) از فاضلابها بوسیله ازناسیون به سرعت انجام می‌شود. یون عناصر دیگری مانند کادمیم، کبالت، کروم چهار ظرفیتی، مس، جیوه، نیکل و سرب با تصفیه اضافی شامل پالایش با ترکیبی از ازن و کربن فعال گرانولی (Granular Activated Carbon (GAC به نحو موثری زدوده می شود. در برخی موارد جداسازی موثر نیکل، سرب و روی به دو مرحله زلال سازی پی در پی در قدرتهای اسیدیpH)) متفاوت نیاز دارد. بطور کلی، ازن اکسیداسیون عناصر معدنی را تا درجات بالاتری از اکسیداسیون پیش برده و آنها را بحالت پایدار تثبیت می کند .
3- اكسیداسیون تركیبات آلی
بخش عمده تركیبات مشكل آفرین در فاضلابهای صنعتی تركیبات آلی هستند كه مخلوط پیچیده ای از انواع بسیار متعددی از مواد آلی با غلظتهای مختلف از حدود میلی گرم تا گرم در لیتر را در فاضلاب بوجود می آورند. اهداف اصلی در ازناسیون این دسته از فاضلابها عبارتند از :
حذف تركیبات سمی (كه غالباً در غلظت های پایین در میان مخلوطی از مواد مختلف وجود دارند )
اكسیداسیون نسبی بخش مقاوم بیولوژیكی كربن آلی محلول به منظور بهبود فرآیند تخریب بیولوژیكی بعدی حذف رنگ حذف ترکیبات شیمیایی پایدار با استفاده از ازن، تخریب شده و با فیلتراسیون روی GAC زدوده می شوند .
مواد آلی طبیعی در اكثر فاضلابها یافت می شوند و غلظت آنها كه بعنوان كربن آلی محلول (DOC) اندازه گیری می شود، از mg/L2/0 تاmg/L10 متغیر است . وجود این مواد مشكلات و مسائل مربوط به رنگ و بو را سبب می شوند. این تركیبات بطور غیر مستقیم سبب ایجاد مشكلات و مسائل مهمتری می شود كه از جمله آن می توان به تشكیل محصولات جانبی آلی در حین فرایند تصفیه اشاره كرد. به عنوان نمونه متابولیت تعدادی از جلبکهای سبز – آبی که سمی نیز می باشد ممکن است تا مراحل آخر تصفیه در پساب باقیمانده باشند. كه باید به طریق موثری زدوده شوند. زدودن کامل این مواد به روش معمولی نیاز به مراحل متعددی داشته و در هر مرحله تنها درصدی از آن زدوده می شود. این سموم از سیستمهای رایج زلال سازی عبور می کنند اما با استفاده از ازن، تخریب شده و با فیلتراسیون روی GAC زدوده می شوند .
4- تبدیل CODبه BOD وحذف BOD
ازن عملکرد بسیار خوبی در کاهش COD (مقدار معادل اکسیژن مورد نیاز برای اکسایش مواد آلی موجود) دارد، در شروع عملکرد کاهش COD بوسیله ازن بسیار خوب و سریع می باشد و مولکولهای آلی با زنجیره های بلند را به فرمهای قابل تجزیه توسط میکروارگانیسم ها (BOD) تبدیل می کند. در نتیجه ازن و سیستمهای بیولوژیکی می توانند برای رسیدن به حد مطلوب کیفیت فاضلاب با هم ترکیب شوند .
5-کاهش شدید کدورت و افزایش حذف ذرات معلق
پیش ازناسیون قبل از جداسازی ذرات می تواند راندمان جداسازی را بطور موثری بالا ببرد و میزان مصرف انعقاد كننده ها را كاهش دهد. گاز ازن قبل و یا همزمان با انعقاد كننده ها ( نمكهای فریك یا آلومینیوم یا پلیمرهای كاتیونی) تزریق می گردد و به عنوان یك میكرو لخته ساز سبب بهبود جداسازی ذرات در محدوده 90-20 % می گردد .
از ازن در فاضلاب تمام کارخانه های رنگرزی برای امحاء رنگدانه ها استفاده می شود و عملاٌ در کشورهای صنعتی پیشرفته تخلیه آبهایی که دارای رنگدانه باشند به داخل طبیعت غیر ممکن است مگر آنکه قبلاً رنگ بری شده باشند .
ازن با از بین بردن مواد آلی و معدنی ساختار ملکولی آنها به هم ریخته و طبیعتا رنگ بوجود آمده در فاضلاب که سبب کدورت آن شده از بین می رود . تاکنون هیچ اکسید کننده ای همچون ازن قدرت کاهش کدورت و رنگبری را نداشته است. از ازن جهت شفاف سازی و کاهش کدورت پسابهای صنعتی که میزان کدورت آنها بالاست استفاده فراوانی در صنایع مختلف شده است .
6- افزایش راندمان و طول عمر فیلترهای کربن اکتیو
فیلترهای کربن فعال گرانولی GAC)) جاذبهای ایده آلی برای ازن به حساب می آیند. علاوه بر اینکه ظرفیت این فیلترها با عبور دادن آب حاوی ازن از روی آن افزایش یافته و متعاقباً عمر مفید آنها و فاصله بین دو زمان سرویس آنها نیز بیشتر می شود .
7- افزایش غلظت اکسیژن در پساب خروجی
مزیت دیگری که در استفاده از ازن نهفته است این است که غلظت اکسیژن در پساب خروجی تا حدود سطح اشباع افزایش می یابد، زیرا ازن پس از مصرف به سرعت به اکسیژن تجزیه می شود. این امر موجب حذف نیاز به هوادهی مجدد پساب برای رعایت استانداردهای کیفیت آب از لحاظ اکسیژن محلول می شود .
تصفیه هوا و بوزدائی
1ـ تصفیه هوا :
امروزه از جمله نگرانی های موجود در سلامت جوامع بشری، مشكلات ناشی از آلودگی هوا می باشد. خطر آلودگی هوا برای سلامت و ابتلای بیماری همانند آب است، زیرا انسان برای زندگی نیاز به آب و هوای سالم دارد و افرادی كه در معرض آلودگی هوا هستند، در معرض انواع بیماریها و نارسائی هایی كه ریشه در تنفس دارند، قرار می گیرند. بو یكی از شاخص های مشهود آلودگی هوا است كه ممكن است از منابع مختلفی از جمله فاضلابهای شهری و صنعتی، زباله ها، حیوانات، دخانیات، گازهای شیمیایی منتشر شونده از كارخانه ها و كارگاههای تولیدی و ... به وجود آید. مضرات بو در غلظتهای پایین برای انسان در درجه اول مربوط به تنشهای ایجاد شده می باشد. بوهای ناخوشایند باعث كم اشتهایی، مصرف كمتر آب، اختلال در تنفس، تهوع و آشفتگی ذهنی می شوند، لذا با توجه به مشكلات ذكر شده، اهمیت كنترل و بوزدایی محیط بسیار مشهود می باشد .
بو نخستین مشكل در هنگام ایجاد تاسیسات تصفیه فاضلاب با سیستم لجن فعال است. در خلال چند سال گذشته، كنترل بو یكی از مشكلات اصلی در طراحی و بهره برداری تاسیسات جمع آوری، تصفیه و دفع فاضلاب با سیستم لجن فعال بوده است. بوی فاضلاب های شهری معمولاً از گازهای حاصل از تجزیه مواد آلی یا از مواد افزوده شده به فاضلاب ناشی می شود. فاضلاب تازه بوی مشخص و تاحدی ناخوشایند دارد و بوی آن كمتر از بوی فاضلابی كه تجزیه بی هوازی (بدون اكسیژن) شده، آزاردهنده است. فاضلاب صنعتی ممكن است تركیبات بودار و یا تركیبات دیگری داشته باشد كه در طی فرآیند تصفیه فاضلاب تولید بو می كنند. همچنین بو نشان دهنده وجود آلودگی میكربی در محیط است . باکتریها، هاگ ها و قارچها و اسپورهای منتشر شونده از طریق هوا وباکتریهای منتشر شونده توسط هسته قطرهDroplet nuclei اغلب همراه با مولكولهای بوزا به اطراف پراكنده می شوند. مشخص ترین بوی فاضلاب مانده یا عفونی بوی هیدروژن سولفید است كه به وسیله میكروارگانیسم های غیر هوازی كه سولفات را به سولفید تبدیل می كنند، به وجود می آید .
2ـ بو و بوزدائی
تركیبات بد بو كه باعث تنش روانی در انسان می شوند به وسیله دستگاه بویایی او تشخیص داده می شوند، اما مكانیسم این تشخیص هنوز به خوبی شناخته نشده است. از سال 1870 تاكنون، بیش از 30 نظریه برای توضیح حس بویایی ارائه شده است. یكی از اشكالهای موجود بر سر راه ارائه نظریه جامع، عدم توجیهی برای دلیل اختلاف بوی تركیبات شیمیایی مشابه و نیز بوی تركیبات مختلف شیمیایی بوده است. در طی سالها، تلاشهایی صورت گرفته است كه بوها را به صورت اسلوبمند دسته بندی كنند. دسته های اصلی بوهای آزار دهنده و تركیبات آنها در زیر آمده است :
- تركیب بودار فرمول شیمیایی بو، كیفیت
- آمینها CH3NH2 , (CH3)3N بوی ماهی
- آمونیاك NH3 آمونیاكی
- دیاتومها NH2(CH2)4NH2 , NH2(CH2)5NH2 لاشه گندیده
- هیدروژن سولفید H2S تخم مرغ گندیده
- مركاپتنها(متیل و اتیل ) CH3SH, CH3(CH2)3SH كلم گندیده
- مركپتانها(بوتیل و كروتیل=T) (CH3)3CSH , CH3(CH2)3SH بوی راسو
- سولفیدهای آلی (CH3)2S,(C6H5)2S كلم گندیده
- اسكاتول C9H9N مدفوع
تمام این تركیبها ممكن است در فاضلاب شهری وجود داشته باشد و یا در آن به وجود آید. كه این امر بستگی به شرایط محلی دارد. در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای از بین بردن بوهای مزاحم و ناخوشایند در پروسه های مختلف صنعتی در محیط های مختلف انجام شده است. اكثرسیستم هایی كه تاكنون برای بوزدایی استفاده می شده است اقدام به استفاده از بوهای پوششی برای پنهان نمودن بوی نامطلوب انجام گرفته است كه این عمل نه تنها بوی نامطلوب را از بین نمی برد بلكه حجم آلاینده های بوزا در محیط را افزایش می دهد .
همچنین سیستم های جذب كننده بو نیز از راندمانهای پائینی برخوردار بوده و بهره برداری از آنها نیز در شرایطی كه از ابتدا طراحی نشده باشند، بسیار مشكل خواهد بود. در حال حاضر، به اثبات رسیده است كه بوی هر مولكول احتمالاً به كل آن مولكول مربوط می شود لذا با تخریب ساختار مولكول می توان بوی آن را به صورت موثر از بین برد. گزینه مطلوب اكسیداسیون با یك ماده اكسید كننده می باشد كه خود آلاینده محیط زیست نباشد. اكسیژن فعال (ازن ) قوی ترین و موثر ترین از بین برنده و رفع كننده بوهای نامطبوع مانند گازهای شیمیایی (آروماتیك ها و ...) و بوهای ناشی از حیوانات، كپك و قارچ ، دود دخانیات و .... است. این واقعیت كه گازهای زاید، بخصوص گازهای زاید صنعتی حاوی گوگرد به ازن حساس هستند واین امر نتیجه توانایی بالای اكسیداسیون بوسیله این گاز است سبب گردیده كه اكسیژن فعال به عنوان بهترین بوزدا در جهان مطرح شود .
ازن علاوه بر قابلیت بوزدایی یک ضد عفونی کننده بسیار قوی نیز می باشد و به نحو مطلوب و بسیار موثری انواع آلودگی های میکروبی را از بین می برد . ویژگی هایی نظیر قابلیت تجزیه تركیبات سمی شیمیایی و نیز كشتن انواع میكروارگانیسم ها، اعم از باكتریها و ویروسها، اكسیژن فعال را به مهمترین عامل پاك كننده و ضد عفونی كننده محیط تبدیل كرده است .
در گذشته، نبود اطلاعات كاربردی تكنولوژی تولید ازن در ایران و نیز هزینه بالای تولید آن در محیط باعث عدم استفاده از ازن در بوزدایی شده است . جدیداً برای استفاده از سیستمهای مدرن ومقرون به صرفه نمودن آنها برای كاربردهای زیست محیطی اقدام به اجرای این گونه پروژه ها در ایران شده است و اخیراً برای اولین بار سیستم بوزدایی در ایران در تصفیه خانه فاضلاب كارخانه های لبنی بكار گرفته است كه راندمان آن بسیار مطلوب بوده است. با استفاده از این سیستم اكسیژن فعال تولید می شود و این اكسید كننده قوی مولكولهای بودار را سریعاً به تركیبات اولیه آنها تجزیه می كند وخود تبدیل به اكسیژن می شود. در نتیجه بدلیل اینكه هیچگونه تركیب جانبی ایجاد نمی شود، جزء مواد رفیق محیط زیست شناخته شده است. در شكل زیر طرح شماتیك برای تولید مولكولهای اكسیژن فعال و تجزیه مولكول بوزا بوسیله اكسیژن فعال نشان داده شده است :
اكسیژن فعال ضد عفونی كننده و پاك كننده و زداینده آلودگی در هوا است و با ایجاد رایحه ای طبیعی در محیط، فضایی مطبوع و عاری از آلودگی های شیمیایی و میكربی برای شما می آفریند .
